纳米Fe3O4/Na2CO4对地下水硝基苯污染的修复效能及机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41772240
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    71.0万
  • 负责人：
    王明新
  • 依托单位：
    常州大学
  • 学科分类：
    D0702.环境水科学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The Fenton reagent has been widely applied in remediation of groundwater contaminated by organic pollutants due to its high degradation ability. However, hydrogen peroxide can be easily decomposed into water and oxygen in the complex medium of groundwater, and may result in high consumption of hydrogen peroxide. So, how to control its concentration and transportation in groundwater is the key point for successful application of this remediation technology. This paper intends to use percarbonate sodium (Na2CO4) as slow-released agent of hydrogen peroxide, and prepare nano-Fe3O4 as catalyzer. The Na2CO4 and nano-Fe3O4 constitute a heterogeneous Fenton-like reagent, which are injected into groundwater and form a reaction zone for remediation of nitrobenzene-contaminated groundwater. The batch experimental study will be conducted to explore the Fenton-like reaction mechanism and the degradation mechanism of nitrobenzene by nano-Fe3O4/Na2CO4. The effect of chemical composition of groundwater on degradation efficiency will be investigated. The column experiments and groove experiments will be conducted to analyze migration and distribution characteristics of nano-Fe3O4/Na2CO4 in groundwater, and to establish the functional relationships among nano-Fe3O4/Na2CO4 injection parameters, hydrogeology conditions, and remediation efficiency.
芬顿试剂由于其对有机污染物的高效降解能力而在地下水污染修复得到了广泛的应用，但过氧化氢在复杂的地下水环境介质中很容易直接分解成水和氧气而造成试剂的大量浪费，因此如何控制其在地下水中的浓度和传输效率是该技术成功应用的关键。本课题拟采用过碳酸钠(Na2CO4)作为过氧化氢缓释剂，制备亲油性纳米四氧化三铁(Fe3O4)作为催化剂，两者组成非均相类芬顿试剂注入地下水形成反应带来修复硝基苯污染。采用批次实验研究纳米Fe3O4/Na2CO4类芬顿反应机理和纳米Fe3O4/Na2CO4对硝基苯的降解过程及机理，阐明地下水化学成分对降解效果的影响；采用柱实验和槽实验装置模拟纳米Fe3O4/Na2CO4在地下水的迁移分布特征及传输效率，建立纳米Fe3O4/Na2CO4注入参数、水文地质条件与修复效率之间的关系，评估纳米Fe3O4/Na2CO4反应带对硝基苯污染地下水的修复效能与水文地质效应。

结项摘要

采用液相共沉淀法或球磨法制备纳米级四氧化三铁（n-Fe3O4），加入海藻酸钠、石蜡、硬酯酸、油酸、表面活性剂等不同类型的有机化合物对n-Fe3O4进行表面改性，制备系列亲油型n-Fe3O4，克服了其易团聚、难分散的缺点，提高其在硝基苯溶液中的分散性及其硝基苯的相溶性。液相共沉淀法制备的Fe3O4为纳米级，但制备过程较复杂，成本较高；球磨法制备的Fe3O4为微纳级，但制备效率高，成本低，且不产生二次污染。柱穿透实验结果表明，与未改性的纳米Fe3O4相比，表面有机改性的纳米Fe3O4不容易团聚，在砂柱中的穿透率提升了50%以上，标准大气压下自流穿透距离可达1m以上，加压条件下穿透距离可达3m以上。.采用批次实验研究了n-Fe3O4/SPC对硝基苯的降解效能。结果表明，当两者投加量分别为5g/L和2g/L，反应时间为时，硝基苯初始浓度为100mg/L，反应时间为2h时，硝基苯去除率可达80%以上，反应溶液pH和溶解氧均呈上升趋势。硝基苯去除率随溶液初始pH值的升高而下降，活性物种猝灭实验和电子顺磁共振测度结果表明，主要活性物种为超氧自由基，主要降解产物为苯胺。有机改性提高了降低了其反应活性，但提高了n-Fe3O4的有效期。.在地下含水层中，污染物与修复药剂的充分接触是实现污染物降解和修复剂高效利用的重要瓶颈问题之一。本项目通过有机改性制备的亲油型n-Fe3O4进行原位注入修复硝基苯污染含水层模拟实验，结果表明n-Fe3O4/SPC依次注入可有效消减泄露源区的硝基苯含量，控制硝基苯的扩散并削减其传输通量，但n-Fe3O4浆液注入浓度过高时容易引起含水层孔隙堵塞，反而降低了n-Fe3O4的传输性能。采用球磨法制备的微纳级Fe3O4或石蜡、硬酯酸助磨制备的亲油型n-Fe3O4作为反应屏障的填充介质，配合泄露源区SPC的原位注入进行联合修复，实现了吸附/氧化还原同步处理，进一步提升了硝基苯的截留量和消减效果。采用纳米二氧化硅溶液制备的SPC凝胶配合亲油型n-Fe3O4原位注射，通过SPC的可控释放提升SPC的有效期，可长效消减泄露源区的硝基苯含量并减少其传输通量，显著缓解了传统原位化学氧化中直接注射容易产生的拖尾、反弹问题。

项目成果

期刊论文数量（20）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Super-Wetting Porous g-C3N4 Nanosheets Coated PVDF Membrane for Emulsified Oil/Water Separation and Aqueous Organic Pollutant Elimination
超润湿多孔 g-C3N4 纳米片涂层 PVDF 膜用于乳化油/水分离和水相有机污染物消除
  • DOI：
    10.1002/admi.202100962
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Advanced Materials Interfaces
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Xue Jinjuan;Gao Jiamin;Xu Minjing;Zong Yuqing;Wang Mingxin;Ma Shuaishuai
  • 通讯作者：
    Ma Shuaishuai
Bifunctional NiAlFe LDH-coated membrane for oil-in-water emulsion separation and photocatalytic degradation of antibiotic
双功能NiAlFe LDH涂层膜用于水包油乳液分离和抗生素光催化降解
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2020.141660
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Science of the Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Zong Yuqing;Ma Shuaishuai;Xue Jinjuan;Gu Ji;ong;Wang Mingxin
  • 通讯作者：
    Wang Mingxin
Photo-Fenton superwettable NiFe2O4/TA/PVDF composite membrane for organic pollutant degradation with successively oil-in-water separation
Photo-Fenton 超润湿 NiFe2O4/TA/PVDF 复合膜用于有机污染物降解和水包油连续分离
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2021.131705
  • 发表时间：
    2021-07-29
  • 期刊：
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Gao, Jiamin;Ma, Shuaishuai;Wang, Mingxin
  • 通讯作者：
    Wang, Mingxin
Synthesis of MgAl LDH/Acidified g-C3N4 Heterojunction Photocatalyst for Improved Tetracycline Hydrochloride Degradation Activity
MgAl LDH/酸化 g-C3N4 异质结光催化剂的合成以提高盐酸四环素的降解活性
  • DOI：
    10.1142/s1793292019500668
  • 发表时间：
    2019-06-01
  • 期刊：
    NANO
  • 影响因子：
    1.2
  • 作者：
    Li, Xinyao;Xue, Jinjuan;Wang, Mingxin
  • 通讯作者：
    Wang, Mingxin
纳米零价铁和过氧化钙联合降解土壤淋洗废液的α-HCH
  • DOI：
    10.13227/j.hjkx.201709252
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    环境科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姚静波;周杰;王明新;荀志祥;薛金娟
  • 通讯作者：
    薛金娟

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其他文献

固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定斑马鱼暴露体系4种双酚类环境激素的研究
  • DOI：
    10.13198/j.issn.1001-6929.2021.11.23
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    环境科学研究
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    韩莹;费雨萌;杜尔登;王明新;薛银刚;刘宇轩
  • 通讯作者：
    刘宇轩
基于实例研究的磁共振探测估算含水层导水系数准确性提升方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    地球物理学进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    于向前;赵义平;刘伟;王明新;张志夫
  • 通讯作者：
    张志夫
Note on the Lyapunov functional method
关于 Lyapunov 泛函方法的注释
  • DOI：
    10.1016/j.aml.2017.07.003
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Applied Mathematics Letters
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    王明新
  • 通讯作者：
    王明新
Spreading and vanishing in the diffusive prey-predator model with a free boundary
具有自由边界的扩散捕食者模型中的传播和消失
  • DOI：
    10.1016/j.cnsns.2014.11.016
  • 发表时间：
    2015-06
  • 期刊：
    Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    王明新
  • 通讯作者：
    王明新
A free boundary problem of the ratio-dependent prey-predator model
比率依赖的捕食者模型的自由边界问题
  • DOI：
    10.1080/00036811.2014.979806
  • 发表时间：
    2015-10
  • 期刊：
    Applicable Analysis
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Zhang Yang;王明新
  • 通讯作者：
    王明新

其他文献

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王明新的其他基金

农产品生命周期环境影响评价模型与优化方法研究
  • 批准号：
    70901035
  • 批准年份：
    2009
  • 资助金额：
    18.5 万元
  • 项目类别：
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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